Les moteurs et actionneurs linéaires répondent aux besoins d'automatisation

Les étages de positionnement de moteur linéaire offrent une mise à niveau robuste et économique.

Les moteurs et actionneurs linéaires sont désormais compétitifs par rapport aux vis à billes et aux entraînements par courroie et offrent une agilité et une bande passante nettement supérieures pour les applications de positionnement avancées. De nouveaux micromoteurs et actionneurs aident à automatiser des tâches auparavant impossibles. Les entraînements linéaires directs remplacent de plus en plus les vérins pneumatiques asservis, contribuant à la fiabilité et à la contrôlabilité, sans le coût, le bruit et l'entretien des compresseurs d'air.

Poussés par les exigences de l'industrie des semi-conducteurs, les fabricants de moteurs linéaires ont régulièrement augmenté la précision, réduit les prix, développé plusieurs types de moteurs et simplifié l'intégration dans les équipements d'automatisation. Les moteurs linéaires modernes offrent une accélération maximale de 20 g et une vitesse de 10 mètres/seconde, offrent une agilité dynamique inégalée, minimisent la maintenance et multiplient la disponibilité. Ils sont allés au-delà de l'utilisation spécialisée de l'industrie des semi-conducteurs pour fournir des performances avancées dans des hôtes d'applications.

Avec dix fois la vitesse et la durée de vie des vis à billes, la technologie d'entraînement direct linéaire est souvent la seule solution pour une automatisation améliorant la productivité.

SUPÉRIORITÉ DYNAMIQUE

Les performances dynamiques des mécanismes de positionnement conventionnels sont limitées par les vis-mères, les trains d'engrenages, les entraînements par courroie et les accouplements flexibles, qui produisent de l'hystérésis, du jeu et de l'usure. De même, les actionneurs pneumatiques souffrent de la masse du piston et du frottement piston-cylindre, ainsi que de la compressibilité de l'air, ce qui rend l'asservissement complexe. Les moteurs et actionneurs linéaires se débarrassent de la masse et de l'inertie des positionneurs conventionnels et, libérés de ces limitations fondamentales, offrent une rigidité dynamique inégalée.

La création de force d'entraînement directe permet aux moteurs linéaires et aux actionneurs d'atteindre une bande passante en boucle fermée indisponible avec des mécanismes de positionnement alternatifs. Le moteur et l'actionneur sont capables de tirer pleinement parti des contrôleurs modernes. Ces contrôleurs sont réglés pour un fonctionnement à gain de boucle élevé, permettant un contrôle à large bande passante, une stabilisation rapide et une récupération rapide des perturbations transitoires.

Les moteurs et actionneurs linéaires excellent dans les mouvements de distance millimétriques qui fonctionnent dans la zone de friction statique. Leur faible masse et leur frottement statique minimal minimisent la force d'entraînement nécessaire pour démarrer la course et simplifient la tâche du système de commande en empêchant le dépassement lors de l'arrêt. Ces attributs permettent aux moteurs à entraînement direct et aux actionneurs de scanner des lames de microscope, par exemple, et de tracer les emplacements X-Y des artefacts à quelques millimètres de distance.

Les applications nécessitant un mouvement répétitif rapide peuvent exploiter la bande passante élevée de l'actionneur linéaire pour doubler le débit des vis à billes ou des entraînements par courroie. Les machines qui coupent les rouleaux de matériau à la longueur (papier, plastique, même les couches) maximisent le débit en fonctionnant sans arrêter le flux de matériau. Pour couper à la volée, ces machines accélèrent la lame de coupe pour se synchroniser avec le flux de matériau, se déplacent à la vitesse du matériau jusqu'à l'emplacement de coupe, puis lancent la coupe. Après la coupe, la lame est ramenée à son point de départ pour attendre le prochain cycle de coupe aller-retour.

TYPES DE MOTEURS LINÉAIRES

Trois configurations de moteurs linéaires de base sont disponibles : moteurs à lit plat, à canal en U et tubulaires. Chaque moteur a des avantages et des limites intrinsèques.

Les moteurs à lit plat, tout en offrant une course illimitée et une force d'entraînement maximale, exercent une attraction magnétique considérable et indésirable entre le forceur porteur de charge et la piste à aimant permanent du moteur. Cette force d'attraction nécessite des roulements qui supportent la charge supplémentaire.

Le moteur à canal en U, avec son noyau sans fer, a une faible inertie, d'où une agilité maximale. Cependant, la charge du forceur portant les bobines magnétiques se déplace profondément dans le cadre du canal en U, limitant l'évacuation de la chaleur.

Les moteurs linéaires tubulaires sont robustes, thermiquement efficaces et les plus simples à installer. Ils fournissent des remplacements directs pour les vis à billes et les positionneurs pneumatiques. Les aimants permanents du moteur tubulaire sont enfermés dans un tube en acier inoxydable (tige de poussée), qui est soutenu aux deux extrémités. Sans support de tige de poussée supplémentaire, la course de la charge est limitée à 2 à 3 mètres, selon le diamètre de la tige de poussée.

Parmi les trois types de moteurs, les moteurs tubulaires sont les mieux équipés pour un usage industriel courant. Les moteurs linéaires tubulaires ont tiré de grands avantages d'une innovation technique fondamentale. Les moteurs linéaires de Copley Controls remplacent le codeur linéaire externe traditionnel par des capteurs Hall intégrés. Un circuit magnétique breveté permet aux capteurs à effet Hall d'obtenir une résolution et une répétabilité presque décuplées.

Comme les codeurs linéaires peuvent coûter presque autant que le moteur linéaire lui-même, leur élimination représente une réduction de coût majeure. Cela simplifie également l'intégration du moteur linéaire dans les systèmes d'automatisation, car il n'y a pas d'encodeur capricieux à prendre en charge et à aligner. D'autres avantages incluent la robustesse, la fiabilité et l'absence de besoin d'un encodeur pour des environnements protégés.

Les moteurs linéaires tubulaires peuvent être transformés en actionneurs linéaires à entraînement direct puissants et polyvalents. Dans une incarnation de l'actionneur, le forceur reste fixe (boulonné au châssis de la machine), tandis que la tige de poussée de positionnement de la charge se déplace sur des roulements à faible frottement et sans lubrification montés dans le forceur. En plus de surpasser les vis à billes et les entraînements par courroie, l'actionneur linéaire est une alternative plus performante aux systèmes de positionnement servo-pneumatiques programmables.

Les moteurs linéaires tubulaires se prêtent à des applications de doublement de productivité avec deux forceurs indépendants fonctionnant sur une seule tige de poussée. Chaque forcer a son propre servomoteur et peut se déplacer de manière totalement indépendante de l'autre. Un forceur peut alors charger, par exemple, tandis que l'autre décharge. La technique peut doubler le débit en soulevant les articles deux à la fois à partir d'un convoyeur à déplacement rapide et en les plaçant avec précision sur un deuxième convoyeur.

De même, plusieurs forceurs fonctionnant sur une seule tige de poussée peuvent doubler, tripler ou même quadrupler la force d'entraînement. Les forceurs peuvent être actionnés par un seul contrôleur.

Le forceur de charge du moteur linéaire se déplace sur des roulements à rail unique à longue durée de vie. En revanche, les mécanismes de conversion rotatif-linéaire à vis à billes impliquent des sources d'usure supplémentaires qui dégradent les performances et raccourcissent la durée de vie.

La tige de poussée de l'actionneur linéaire glisse sur des roulements à longue durée de vie sans lubrification montés dans le forcer. Cette simplicité intrinsèque permet à l'actionneur de délivrer 10 millions de cycles de manœuvres. Les roulements de l'actionneur sont à alignement automatique, ce qui facilite l'installation. La force d'entraînement de l'actionneur est appliquée directement à la tige de poussée, améliorant l'accélération et la réactivité.

Avec le remplacement du codeur externe par un capteur à semi-conducteurs intégré au forceur, les moteurs et actionneurs à entraînement direct deviennent des dispositifs à deux composants très simples. Le forceur et la tige de poussée sont tous deux des composants intrinsèquement très robustes, ce qui permet au moteur et à l'actionneur de se conformer aux normes internationales de lavage IP67.

L'absence d'engrenages de meulage et de vis-mère vrombissante confère aux moteurs et actionneurs linéaires la qualification de plus en plus vitale d'un fonctionnement silencieux. L'OSHA suit de près les codes industriels européens, qui imposent des règles de plus en plus strictes sur le bruit sur le lieu de travail. Un fonctionnement silencieux est déjà essentiel dans les environnements de laboratoire et d'hôpital ; cette préoccupation deviendra de plus en plus répandue à mesure que l'OSHA étendra sa réglementation à d'autres environnements de production.